Анализ топологий сети

Топология сети – это способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств. Сетевая топология может быть физической (описывает реальное расположение и связи между узлами сети), логической (описывает способы прохождения сигнала в рамках физической топологии) и информационной (описывает направление потоков информации, передаваемых по сети). Существует множество способов соединения узлов, среди которых можно выделить пять базовых (шина, кольцо, звезда, ячеистая топология и решетка). Остальные способы являются комбинацией базовых и называются смешанными или гибридными топологиями. Некоторые из них имеют собственные названия, например, «дерево».

Шинная топология

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все ПК сети. (Рисунок 1).

Рисунок 1. Шинная топология

При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС, передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов.

Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети.

Однако информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только один ПК, то производительность ЛВС зависит от количества ПК, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети. Нельзя указать прямую зависимость пропускной способности сети от количества ПК, так как на нее также влияет:

− характеристики аппаратного обеспечения сети;

− частота, с которой передают сообщения;

− тип работающих сетевых приложений;

− тип кабеля и расстояние между ПК в сети.

Сетевая топология шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе всей сети.

Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать шину, что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу.

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы, поглощающие сигналы, прошедшие по шине.

При значительном расстоянии между ПК (например, 180 м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте шины может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных. В этом случае исходный сегмент следует разделить на два, установив между ними дополнительное устройство – репитер (повторитель), который усиливает принятый сигнал перед тем, как передать его дальше. Схема подключения предоставлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Подключение репитера (повторителя)

Правильно размещенные на длине сети повторители позволяют увеличить длину обслуживаемой сети и расстояние между соседними компьютерами. Следует учитывать при построении сети, что все концы сетевого кабеля должны быть к чему-либо подключены: к ПК, терминатору или повторителю.

Разрыв сетевого кабеля или отсоединение одного из его концов приводит к прекращению функционирования сети. Сами ПК сети остаются полностью работоспособными, но не могут взаимодействовать друг с другом. Если ЛВС на основе сервера, где большая часть программных и информационных ресурсов хранится на сервере, то ПК, хотя и остаются работоспособными, но для практической работы малопригодны.

Топология «Кольцо»

При этой топологии сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключить терминатор. Начав движение в какой-либо точке кольца, пакет данных, в конце концов, попадает в его начало. Из-за такой особенности данные в кольце движутся всегда в одном направлении (Рисунок 3).

Рисунок 3. Топология «Кольцо»

В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. В отличие от «звезды» «кольцу» необходим неразрывный путь между всеми сетевыми ПК. Поэтому при выходе из стоя какого-либо одного ПК сеть прекращает функционировать.

Другое слабое место «кольца» состоит в том, что данные проходят через каждый сетевой компьютер, давая возможность " не очень хорошим" людям заниматься перехватом информации, не предназначенной посторонним. Кроме того, изменение конфигурации сети или подключение новой РС требует остановки всей сети.

Топология «Звезда»

Наиболее распространение в наше время получила топология «звезда», при которой все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (Рисунок 4).

Рисунок 4. Топология «Звезда»

Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору. Он, в свою очередь, перенаправляет пакеты к месту назначения. Основное достоинство этой топологии в том, что если повреждена какой-либо ПК или отдельное соединение между ПК и концентратором, вся сеть остается работоспособной. Положительным является и то, что подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизовано, а также просто конфигурировать сеть при добавлении новых ПК. Как недостатки организации такой топологии следует отметить следующее:

− так как все ПК подключены к центральной точке, то для больших ЛВС значительно увеличивается расход кабеля;

− если поврежденным оказался сам концентратор, то нарушится и работа всей сети, хотя ПК останутся работоспособными.

Концентраторы являются центральным узлом в топологии «звезда». Однако в настоящее время они становятся одним из стандартных компонентов большинства ЛВС.

Среди концентраторов выделяют активные и пассивные. Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы, также как это делают репитеры. Иногда их называют еще многопортовыми репитерами. Они имеют от восьми до шестнадцати портов для подключения компьютеров.

Пассивные концентраторы – это монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные, в отличие от активных, не надо подключать к источнику питания. Гибридными называют концентраторы, к которым можно подключить кабели различных типов.

Смешанные топологии

В настоящее время используются топологии ЛВС, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. При этом широкое применение находят концентраторы, использование которых дает ряд существенных преимуществ:

− простота изменения или расширения сети, так как достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор;

− возможность подключения кабелей различных типов;

− централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком, так как во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.

Звезда – шина (star-bus) – это комбинация топологий «шина» и «звезда» (Рисунок 5). Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной шины.

Рисунок 5. Топология «звезда-шина»

В этом случае выход из стоя одного компьютера не окажет никакого влияния на сеть. Остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. Выход из стоя концентратора повлечет за собой остановку подключенных только к нему компьютеров и концентраторов. Такая топология очень удобна даже для небольших офисов, когда компьютеры в одном помещении подключаются к собственным концентраторам с помощью витой пары, а помещения (концентраторы) между собой соединяются только одним сетевым кабелем (витой парой, коаксиальным или оптическим кабелем).

В таблице 1 собраны основные достоинства и недостатки каждой из топологий.

Таблица 1. Сравнительные характеристики рассмотренных топологий

Исходя из структуры организации и целей, достижение которых требуется, оптимальным вариантом будет использование смешанной топологии сети построенной на основе витой пары категории 5e.

Для обеспечения достаточной пропускной способности в сети и приемлемой ценовой категории будет применяться технология FastEthernet 100BASE-TХ(100 Мбит/с). Длина сегмента кабеля 100BASE-TХ ограничена 100 метрами (328 футов).